鋒速達通風降溫系統
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通風降溫方案_一清高壓變頻在高爐鼓風機中的應用工業自動化離心
| 一清高壓變頻在高爐鼓風機中的應用 |
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| 國產高壓變頻在各行各業的應用已經非常普遍，但在煉鐵高爐鼓風機上的應用幾乎沒有。在冶金行業大家都知道，高爐鼓風機在煉鐵過程中的重要性，一旦高爐鼓風機出現題目，爐體內的懸料將著落至高溫鐵水中，鐵水倒灌至風道中，有可能堵死風罩，只能停產待檢驗。
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1 離心式和軸流式通風機的優缺點
系統常用的通風機有離心式
通風機和軸流式通風機2大類。
最近幾年又生產了一種介于離心
和軸流風機之問的一種風機(混
流式風機)。
(2)離心通風機的分類。
離心通風機按其產生壓力的不
同，可分為3類：
①低壓風機：風壓
<1 000Pa，
②中壓風機：風壓為1 000～3 000Pa
③高壓風機：風壓大于3 000Pa，這種風機用于物料的氣力輸送系統或阻力大的通風
除塵系統
離心式通風機的性能參數。離心式通風機的性能參數主要由風量、風壓、功率、
效率及轉速等。
①風量Q：通風機在單位時間內所輸送的氣體體積稱為風量，其單位是 ／s或 ／h。
②風壓H：通風機的風壓指的是空氣在通風機內壓力的升高值，它等于風機出口空
氣全壓與進口空氣全壓之差值(或絕對值之和)，其單位用帕或千帕表示。全壓等于靜壓
加動壓。
通風機所產生的風壓與風機的葉輪直徑、轉速、空氣密度以及葉輪的葉片型式有關，
其關系如下：
H=
式中：H——風機的壓力，Pa；
——空氣的密度，kg／ ;
——葉輪外緣的圓周速度，m／s；
—壓力系數，它與葉片型式有關，根據實驗，其值在風機效率最高時
為：后向式耳 ==0．4～0．6；軸向式耳 =0．6～0．8；前向式再 =
O．8～1．1。
我們可以根據上式近似估計一臺風機的風壓。風機的風壓在轉速一定時會隨進風量改
變而變化。
③功率N：空氣從風機獲得了能量，而風機本身消耗了能量，風機要靠外部供給能
量才能運轉。通風機在單位時間內傳遞給空氣的能量稱為通風機的有效功率，其單位是瓦
或千瓦，可用下式表達：
= (W)
式中： ——風機有效功率，w(kw)；
H——風機的風壓，Pa；
Q一風機產生的風量，m。／h。
實際上，由于風機運行時軸承內有摩擦損失，空氣在風機內有碰撞和流動損失，因此
消耗在風機軸上的功率N要大于有效功率N，。軸功率N與有效功率之間的關系為：
N= = (W)
式中： ——通風機效率。
一般離心式通風機的軸功率隨著風量的增加而變大。
④效率：通風機的效率是有效功率與軸功率的比值，用下式表示：
= ×100％
通風機的效率反映了其工作的經濟性。當用實驗方法及儀器測出風機的風量、風壓
和軸功率后，就可計算出其效率。后向式葉片風機的效率一般在80％～90％之間，前
向式葉片風機的效率一般在60％～65％之間，也有前向式葉片的風機效率達到
85％的。
在通風系統中工作的風機，就是在同一轉速，它所輸送的風量也可能不同,通風降溫方案。系統(風
網)中的壓力損失小時，要求通風機的風壓就小，輸送的空氣量就大些；如果系統的阻
力大時，則要求風機的風壓就大，而它輸送的空氣量就小些。要全部評定風機的性能
就要了解全壓與風量、功率、效率、轉速與風量的關系，這些關系就形成了通風機的性
能曲線。為使用方便起見，通常將風
壓與風量(H—Q)、功率與風量
(N一Q)、效率與風量( -Q)三條
曲線按同一比例畫在一張圖上，就構
成風機特性曲線。72—11No．5A型離心通風機在轉速為2 900r／min時的特性曲線。利用風機
的特性曲線確定其性能參數是很方便的，我們只要知道風量、風壓、軸功
率、效率4個參數中的1個，就可找
到其余的3個參數。
2．軸流式通風機
(1)軸流式通風機的構造和分類。軸流式通風機構造簡單，葉輪安裝在筒形機殼中，
電動機的機軸直接與葉輪連接，當電機工作時，葉輪旋轉，空氣由進風口處吸入，通過葉
輪和擴散筒排出。軸流式通風機可按壓力、結構及傳動方式進行分類。
①按壓力區分：低壓軸流風機(H<500Pa)、高壓軸流風機(H>500Pa)。
②按結構型式區分：筒式、簡易筒式和風扇式。
③按傳動方式區分：按傳動方式區分，可分為5種：電機直聯傳動、對旋傳動、皮帶
傳動、聯軸傳動及齒輪傳動。(2)軸流通風機的工作原理。軸流通風
機的空氣是按軸向流過風機的，葉輪安裝在
圓形風筒內，葉輪上的葉片是扭曲的，另外
有一個圓弧形進風口，為避免進氣的突然收
縮。當電動機帶動葉輪旋轉后，空氣由進風
口吸人，經過葉片，獲得能量，再經擴散
筒，這時部分動能轉為靜壓，空氣流出，送
到風網，由于空氣在風機中始終是沿葉輪軸
向流動的，所以稱軸流通風機。
(3)軸流通風機的特性。軸流通風機的
圖13—12軸流風機特性曲線
特性是指其風量、風壓、功率和效率等性能參數之間的相互關系。軸流通風機特性曲線也
是從實驗中得到的，如圖13—12所示。
從特性曲線圖中可以看出,生產負壓風機，軸流式通風機與離心式通風機的區別有：
①H—Q的曲線很陡，當風量Q為零時，風壓H的值最大。
②從N—Q曲線看到，風量越小所需的功率越大。
③rQ的曲線也很陡，這說明風機允許的調節范圍很小，也就是經濟使用范圍小。
工作狀態點變化時，容易超出經濟使用范圍。因此，使用軸流式通風機應注意：
a．板形葉片軸流通風機的風量為零時所需功率最大，機翼形葉片軸流風機最大功率，
位于最高效率點附近，但風量小時，功率也很大，因此軸流式通風機在啟動時，就不應關
小風量，而應是風口全部打開，以免造成電機過載。
b·由于軸流通風機允許調節范圍小，因此不應用閘門來調節風量，這樣做很不經濟。
要改變風量時，最好采用改變電動機的轉速或調整葉輪葉片的角度的辦法。
近日發表在英國《自然—地球科學》雜志上的一份研究報告稱，包括中國、荷蘭、捷克等北半球國家上空的風速近幾十年來在減慢，并且強風減慢的速度要比弱風減慢的速度快。至于引起風速減慢的具體原因尚不明確，但研究人員表示，風速減慢將對風力發電行業產生影響。
發表這份報告的研究小組分析了1979年至2008年，位于北半球中緯度地區的822個氣象觀測點的記錄。結果顯示，大部分地區的風速都下降了5%-15%，并且強風減慢的速度要比弱風減慢的速度快。
至于發生這種現象的原因，目前還不是特別明確。研究人員稱，數據分析顯示，大氣環流的改變也許能解釋10%-50%的風速減慢的原因。但除此以外，還有其他很多原因，比如一些地方的森林植被恢復和增長使得地球表面更為“粗糙”，也會起到降低風速的效果。
風速減慢肯定會對人類生活產生一定影響。比如，影響風力發電，進而影響對城市的供電。不過，也有研究人員表示，因為氣象觀測點大多測量10米左右高度的風速，而風力發電機組的風輪葉片多在距地面50米到100米的高度，對這個高度的風速，目前還缺乏全球性的數據。
紡織空調風機是紡織空調系統中必不可少的重要組成部分，紡織廠空調總能耗占紡織廠總能耗30%左右。因此，如何有效降低空調風機的耗電量成為目前許多棉紡企業最為關注的話題。海蘭節能風機正是順應了企業的這種迫切需要，只要對原有風機進行葉輪和輪轂兩個部件的改造便可達到節能20%的效果。
據了解，目前國內紡織企業普遍使用變頻器來降低風機耗電量。此方法雖然有效，但存在幾個弊端：首先，功耗降低的同時，風量亦隨之降低；其次，變頻器投入成本一般比較大，往往變相延長了成本回收期。海蘭節能風機針對紡織廠現有的風機進行技術改造，在其他部件保持不動的情況下，僅需替換原有風機葉片和輪轂兩個部件，在既定的風道系統中，在相同的工況條件下，風壓保持不變，同等風量甚至提高風量的同時，節能20%左右。
海蘭風機采用的原料是一種叫做FRP的全新材料，其性能接近碳纖維，具有更高力重比，與鋁或鋼制葉片比較而言，在動力學條件下，安全因素超出10倍；這種原料的阻尼高，因而風機噪音和振動比金屬葉片低，葉尖速度可為41米/秒到90米/秒，1米處噪音低于85分貝；耐磨損性高，使葉片抗老化能力強，在整個使用期間，保持相同的效率，不存在磨損和效率損失。另外，該風機葉片的設計運用了空氣動力學原理，有效提高了葉片的升阻比，從而使效率提高到86%～90%。通過葉片數量和角度的調整，耗電量更低。輪轂設計在保持輪轂比不變的情況下，首先考慮滿足既定系統對風壓的需要；同時克服由靜態結構比如電機或者電機套等帶來的阻力，使能耗更低。該風機易于維護，日常用肥皂水清理附著物，自然晾干后可重新安裝。
據代理海蘭風機的上海虞森貿易公司技術人員介紹，假設某棉紡廠有10萬紗錠，風機40臺，平均功率為20KW，共計800KW，按每日風機運行24小時，全年運行350天來計算，用海蘭節能風機進行替換改造，如果節能15%，則每年可節省電費700560元；如果節能25%，則每年可節省電費1176000元，效益可觀。
目前，瑞士LUWA、法國LTG、常鼓FZ、常鼓SZ、江陰精來、陜西金翼、陜西華翼、山東金光、臺灣宏揚等知名紡織風機都成功進行過應用海蘭風機葉片和輪轂的替換改造，節能效果可達到15%～35%。
來源：中國紡織報
Discharge
Pressure
(kgf/cm2)
Nominal Airflow(m3/min)
MAX30
MAX50
MAX75
MAX100
MAX150
MAX200
MAX300
30HP
50HP
75HP
100HP
150HP
200HP
300HP
功率
20KW
40KW
60KW
80KW
120KW
160KW
240KW
0.4
21
41
63
79
131
165
245
0.6
16
31
50
63
95
136
190
0.8
13
25
38
51
76
102
152
1
10.5
20
31
42
62
83
125
1.2
9.5
18
28
37
56
75
112
1.5
8
15
23
31
47
63
94
輸出電壓
380 / 440V
出口管徑
100
125
200
200
250
250
250
重量(Kg)
375
530
560
610
830
850
1300
尺寸
MAX30
MAX50
MAX75
MAX100
MAX150
MAX200
MAX300
A
750
750
800
850
850
950
1100
B
1000
1000
1200
1300
1700
1550
1750
C
800
800
1200
1450
1450
1450
1750
底座
150
150
150
200
200
200
200
???? 水泥生產企業的生料磨系統循環風機和帶輥壓機水泥磨系統循環風機，葉輪的抗磨損問題是困擾水泥企業生產的重要課題。 ???? 循環風機由于各企業工況不同，使用的原材料、溫度、含塵濃度、風管走向不同，所形成的磨損部位、程度也不相同。即使同一企業，相同 設備 ，相同原料，相同布置的生產線，葉輪磨損情況也不相同。普通葉輪用于水泥磨系統循環風機使用壽命最多3個月，少的1個多月就需要修補，根據我們多年跟蹤調查與實踐，生料系統循環風機葉輪磨損主要在葉片前中部和葉片與墻板根部，（圖1）而水泥磨系統循環風機主要磨損部位在風機墻板與葉片根部及風機中、后墻板磨損。當葉片與墻板根部磨損到一定程度葉片就會與墻板脫離造成 設備 事故。（圖2）此類事故在水泥企業并不鮮見。因此要有針對性的綜合各個方面情況進行葉輪抗磨損改造來解決循環風機磨損問題，減少事故的發生。 ???? （1）、抗磨損方法： ???? 目前國內水泥企業對循環風機的抗磨處理一般采用以下三種方法。一是復合板材，抗磨性較好的是碳化?及up耐磨復合板。（圖3）二是陶瓷片粘帖或鑲嵌方法。（圖4）三是焊接耐磨材料，耐磨焊條堆焊，耐磨粉塊鋪焊技術。（圖5）我們還開發了耐腐蝕抗酸堿的搪瓷燒結復合葉輪。（圖6）循環風機葉輪有F型雙風道和F型單風道進風兩種結構形式。在中盤或后盤焊接葉片。 ???? 下面逐一進行分析： ???? 1.1采用第一種方式制作葉輪。首先是復合板材的焊接問題，由于復合板材一面為普通鋼板，可焊性較好，一面為高?合金，葉片與中、后盤的焊接只能采取大坡口單面焊接，焊接強度相對差一些。另一方面如中、后盤也采用高?合金板，根本無法焊接，這樣就產生了葉片與中后墻板根部與葉片前端不耐磨問題�，F在普遍采用在葉輪與中后墻根部與葉片前端在補焊耐磨材料。（圖7）普通耐磨材料的抗磨損壽命在循環風機上的應用最長3個月，有的不足2個月，而循環風機葉片前端與中墻板焊接部位恰恰是循環風機最易磨損部位，且使用高?復合板其造價也相當的高。 ???? 1.2在葉輪易磨損部位堆焊耐磨材料中，有合金耐磨焊條、耐磨粉塊等技術�；静捎萌斯ず附拥姆椒�，產生最大的問題是葉輪焊接耐磨層所引起的變形尤其是后盤和中盤的變形。人工堆焊耐磨層焊縫接口有一點堆焊不嚴，含塵氣體就會很快將母材沖刷磨漏。另一問題葉輪焊接耐磨層部位粗糙不平，易掛灰，失去平衡，引起振動發生事故。（圖10） ???? 1.3陶瓷片粘貼與鑲嵌。鑲嵌方式瓷片較厚。重量較大，直角接口或彎曲部分不易處理，瓷片接口不嚴很快將母材磨漏。相對講陶瓷片粘貼方法從技術、材料、工藝比較成熟。首先，陶瓷是以氧化鋁，氮化硅及其復合材料陶瓷為主的耐磨工程陶瓷，通過高強度有機或無機粘合劑粘附于葉輪表面而形成的耐磨層。其優點是硬度HRA大于84以上，耐磨性能極好，是普通碳鋼百倍以上，質量較輕，粘結劑耐高溫性能可達160度以上。其次可根據葉輪形狀大小，工藝選擇陶瓷片的大小、厚度、或異形件，可有針對性的對易磨損部位進行處理。（圖8） ???? �。�2）經過多年的研究與實踐及對以上各種方法的實驗，我們認為只有針對性的來綜合分析現場風機工況，靈活運用各種耐磨材料、耐磨技術，才能取得有效成果。下面講一下實驗與應用情況： ???? 2.1生料磨系統循環風機葉輪葉片中墻板與葉片結合部磨損的主要原因是由于進入風機粉塵濃度大，大顆粒較多，形成的沖刷磨損。對此我們曾采用過粘貼瓷片方式處理，由于含塵顆粒較大磁片受顆粒打擊易碎裂、脫落，后采用高?焊條堆焊，由于葉面粗糙，掛灰，風機極易產生不平衡，而引起振動�，F在我們采用了耐磨粉塊鋪焊技術及其他方法綜合應用于生料磨循環風機葉輪及易磨部位取得了明顯效果。某廠19.5D循環風機采用此種方式制作，使用三年仍然正常。某廠28F風機葉片及中墻板迎風面磨損嚴重，進風口、后墻等有少量磨損。葉輪下臺后，我們采用耐磨粉塊鋪焊技術更換葉片，并采取了一定技術手段保證葉片不變形，對磨損部位進行了綜合修復，使用兩年后仍很正常，不但節省了大量資金且抗磨效果較好。山東某廠已開始采用此項舊葉輪修復技術應用其生料磨系統循環風機報廢葉輪的修復工作。幾年來的研究與應用，我們認為含塵氣體內顆粒較大工況條件下，耐磨葉輪采用耐磨粉塊鋪焊技術是比較成熟可靠的，尤其是舊業輪的修復再利用。 ???? 2.2水泥磨系統循環風機抗磨損研究。我們先后采用了UP復合板制造葉輪，一是造價較高。二是某些關鍵地方的焊接由于材質不同，葉片與墻板根部磨損尚不能根本解決。（圖12）耐磨焊條焊接，抗磨性好，同樣由于材質的不同焊接出現裂紋，葉輪整體變形較大，用于修復舊葉輪，由于焊接應力過大，風機整體變形，開裂的情況時有發生。陶瓷涂料刷涂葉輪實驗效果也不理想。陶瓷片粘結經5年多逐步開發、研究，目前所取得的成果相對比較成熟可靠。（圖9） ???? 2.3水泥磨系統循環風機使用工況90-110度左右，粉塵濃度較高，但粗顆粒含量相對較少。因此瓷片不易發生沖擊破裂。針對葉片與墻板根部易磨損，葉輪制造時根部有焊縫，陶瓷片粘貼無法粘嚴，造成瓷片沖刷脫落葉輪墻板與葉片根部磨損的問題。我們在葉輪制造工藝上采取了專有技術，使葉片與墻板根部成直角，燒制了專用陶瓷片，粘接時瓷片成交差排列，從根本上解決了這一問題。在葉片前端采用了U型帶子口專用陶瓷件，提高了抗沖擊磨損的能力。采用雙組份有機或無機粘結劑并在粘貼前對葉輪進行除銹防銹處理，增強了陶瓷片與葉輪的粘合力。在不同部位使用不同的陶瓷件或采用耐磨粉塊鋪焊工藝，使循環風機葉輪的使用壽命有了穩定的提高，平均可提高三至五倍。（圖11）此項技術2007年獲天津市優秀質量攻關成果三等獎。根據我們的經驗，制作時可制作一對，當一臺發生瓷片脫落或其他故障時，及時更換，下臺后重新粘補瓷片可有效提高葉輪使用壽命。 ???? �。�3）使用陶瓷耐磨葉輪注意事項 ???? 3.1采用耐磨葉輪前必須提供使用溫度范圍、含塵量、含塵顆粒大小及風機參數，以及易磨損部位，使用壽命，現場工況等詳細情況，根據情況制定方案，不同部位采用不同耐磨材料，不同陶瓷材料及元件，綜合進行設計、施工。 ???? 3.2使用過程中，加強檢查，發現有磁片脫落要馬上粘補，磁片脫落不及時粘補，含塵氣體很快會將鋼板侵蝕造成更大損壞。同時要特別注意風機管道、殼體內有無金屬物脫落，若進入葉輪，會將陶瓷片打碎脫落，因此要特別引起注意。 ?????
萊蕪鋼鐵股份有限公司煉鐵廠為國內重要的鋼鐵生產基地。往年我國加進世貿組織，對我國鋼鐵行業沖擊影響比較大，為了改變這一不利局面，我煉鐵廠在1#、2#煉鐵高爐的基礎上，吸取了其中的經驗，大膽革新, 投建了3#煉鐵高爐。對于3#高爐風機除塵，我廠采用變頻器進行調速。國內外生產高壓大功率變頻器廠家并不少，其裝配形式有高---低---高、高---高兩種。我們經過慎重考慮，優中選優，采用具有獨立知識產權的山東新風光電子有限責任公司生產的風光牌JD-BP37-630F型高壓大功率變頻器，裝配高―高形式, 對高壓除塵630KW/6000V風機進行調速。該設備于2002年8月底開始安裝調試，2002年9月初正式投進運行，運行狀況良好, 節能效果明顯。
一、 運行情況
1、變頻器結構緊湊，安裝簡單。
由于風光牌JD-BP37-630F變頻器所有部分都已裝在盤柜里，不需要另外的電抗器、濾波器、補償電容、啟動設備等一系列其他裝置，所以體積小，結構緊湊，安裝簡單，現場配線少，調試方便。
2、電機及機組運行平穩，各項指標滿足工藝要求。
由變頻器拖動的電機為湘潭電機廠于2002年8月出廠的三相普通異步電動機（6000V、630KW、80.8A、580r/min），在整個運行范圍內，電機始終運行平穩，溫升正常。風機啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。在調速范圍內，軸瓦最高溫升答應65℃，實測10℃。
3、變頻器的三相輸出波形完美，非常接近于標準正弦波。
經過現場測試，變頻器的三相輸出電壓波形、電流波形非常標準，說明變頻器完全可以控制一般的普通電動機運行，對電機無特殊要求。
4、變頻器運行情況穩定，性能良好,地溝送風。
該設備投運以來，變頻器一直十分穩定，設備運行過程中，我廠運行職員對變頻器輸進變壓器的溫升、功率單元溫升定期巡檢，完全正常。輸出的電流和電壓波形正弦度很好，諧波含量極少，效率均高于97%，優于同類進口設備。
5、運行工況改善，工人勞動強度降低。
隨著高爐煉鐵生產線除塵的需要，調節高壓除塵風機的轉速，進而調節風機風量，達到除塵的效果，工作強度大大降低。
6、變頻器操縱簡便、易于把握、維護。
變頻器的起停，改變運行頻率等操縱簡單易行，我廠職員經過半個小時培訓已全面把握。另外，變頻器各種功能齊全，十分完善，進步了設備可靠性，也便于設備的維護和保養。
二、節電效果
該系統生產周期大約為1小時，出鐵時間為20分鐘，間隔約40分鐘。系統配置電機額定電流為80.8A。根據試運行情況及其它生產線的實際運行情況預計該電機運行電流應在60A。以變頻器上限運行頻率45Hz時，電流為45A，間隔時間運行頻率20Hz時，電流為20A，根據公式P= 3?U? I?cosΦ、η=（P工-P變）/ P工,節能效果明顯，達到42.7%。
從三個月的運行情況來看，山東風光電子有限責任公司自行研制生產的JD-BP37型高壓大功率變頻器，運行穩定、可靠，簡便實用，節能效果明顯，改善了工作職員的工作環境，降低了值班職員的工作強度，并且變頻器對電機具有保護功能，減少了維修用度，延長了電機及風機的使用壽命，給我們企業帶來了比較明顯的經濟效益。
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